Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorAlexis, Konstantinos
dc.contributor.advisorGros, Sébastien
dc.contributor.advisorGrøtli, Esten Ingar
dc.contributor.authorGhansah, Adrian Bødtker
dc.contributor.authorThorseth, Paal Arthur Schjelderup
dc.date.accessioned2021-11-09T18:24:00Z
dc.date.available2021-11-09T18:24:00Z
dc.date.issued2021
dc.identifierno.ntnu:inspera:76427839:45145863
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2828786
dc.description.abstractInteressen for gående roboter har de siste årene blitt betydelig mer fremtredende. Med flere bransjer som ønsker å benytte seg av robotikkteknologi, blir behovet for robuste, trygge og effektive robotplattformer større og større. Løftet om gående roboter kommer med en forventning om å navigere ulendte terreng. Videre er det å trygt håndtere disse miljøene, og deres oppdrag, en vanskelig utfordring for slike plattformer. Viktigheten av allsidige, robuste og svært dynamiske gående roboter har, som en konsekvens, aldri vært mer relevant innenfor det gjeldende forskningsfeltet. Denne oppgaven fokuserer på design og kontroll av en dreiemomentstyrbar firbeint robot. I motsetning til velkjente firbeinte roboter, hvor ben konfigurasjonen vanligvis er hundelignende, er den firbeinte roboten ASTRo bygget med en edderkopplignende konfigurasjon. Inspirert av elementene som finnes i naturen, vil en edderkopplignende holdning være fordelaktig for å navigere ulendt terreng og overvinne betydelige hindringer i forhold til sin kroppsstørrelse. I hvert av ASTRos tolv ledd sørger elektriske aktuatorer for presis dreiemomentkontroll slik at svært dynamisk bevegelse er mulig. Utviklingen av svært dynamiske gående roboter krever både håndtering av gående-systemers iboende hybride natur og den høydimensjonale, ikke-lineære og underaktuerte systemdynamikken. Av denne grunn undersøker og presenterer vi et konsept for kontroll av hele systemet basert på hierarkisk optimalisering med invers dynamikk-kontroll. Ved å dekomponere systemets komplekse oppførsel til et sett med oppgaver, kan den hierarkiske optimaliseringskontrolleren sørge for ønsket oppførsel ved å løse settet av oppgaver på en strengt prioritert måte med hjelp av minste kvadraters optimalisering. De forskjellige oppgavene kan representere forskjellige bevegelsesmål, for eksempel å holde en bestemt holdning, flytte et fotpunkt eller minimere leddmomenter. Gående roboter forflytter seg ved å gå og løpe, og en av de mest kritiske egenskapene til et gående system er dets evne til å utføre forskjellige gangmønstre. Det finnes forskjellige typer gangarter, noen er statiske og andre er dynamiske. For ASTRo implementer vi en svært dynamisk travgang som genererer bevegelse i et fast mønster. Ved å trippe raskt og ha et sett med konfigurerbare gangparametere, kan gangen samtidig kontrollere robotens langsgående hastighet, laterale hastighet og vinkelhastighet. Robotens design, aktuering og kontrollegenskaper studeres og analyseres gjennom både simuleringer og fysisk testing. Simuleringene demonstrerer bevegelsesegenskapene for de foreslåtte kontrollmetodene på høyt nivå. Utvikling av hardwaren involverte flere eksperimenter, deriblant grundig testing av aktuatorene og testing av enkeltbein. Til syvende og sist avsluttes prosjektet med fullskala trav-eksperimenter utendørs.
dc.description.abstractThe interest in legged robots has, over recent years, grown significantly more prominent. With several industries looking to capitalize on robotics technology, the need for robust, safe, and efficient robotic platforms becomes larger and larger. The promise of legged robots comes with an expectation to navigate rugged terrains. Furthermore, safely managing these environments and executing autonomous missions heavily tax platforms. The importance of versatile, robust, and highly dynamic legged robots have, as a consequence, never been more relevant. This thesis focuses on the design and control of a torque controllable quadrupedal robot. In contrast to recent well-renowned quadrupeds, where leg configurations typically are mammal-like, the quadrupedal robot ASTRo is built with a sprawling-like configuration. Inspired by elements found in nature, a sprawling posture offer advantages for navigating rugged terrain and overcoming significant obstacles relative to its body size. In each of ASTRo's twelve joints, proprioceptive electric actuators provide precise torque control such that highly dynamic locomotion can be achieved. The development of highly dynamic legged robots requires dealing with both the inherent hybrid nature of legged systems and the high-dimensional, nonlinear, and underactuated system dynamics. To this end, we investigate and present a concept for whole-body control based on hierarchical optimization with inverse dynamics control. By decomposing the complex behavior of the system into a set of tasks, the hierarchical optimization controller can facilitate the desired behavior by solving the set of tasks in a strictly prioritized manner using least-squares optimization. The different tasks may represent different motion objectives, such as keeping a specific posture, moving a foot-point, or minimizing joint torques. Legged robots locomote through walking and running, and one of the most critical characteristics of a legged system is its ability to perform numerous gait patterns. There exist various types of gaits, some being static and others dynamic. For ASTRo, we implemented a highly dynamic trotting gait moving in a fixed pattern. By tripping rapidly and having a set of configurable gait parameters, the gait can simultaneously control the robot's longitudinal, lateral, and angular velocity. \\ % The aggressive trotting gait helped the robot locomote quickly and allowed us to test the physical system under challenging conditions. The robot's design, actuation, and control abilities are studied and analyzed through both simulations and physical testing. The simulations demonstrate the locomotion performance for the proposed high-level control methods. Developing the hardware involved various experiments, including thorough actuator testing and single-leg tests. Ultimately, the project concluded with full scale-scale quadruped trotting experiments outdoors.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleDesign and Control of a Torque Controllable Quadrupedal Robot - A study on the development of ASTRo
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel